النفق الكمومي: معًا أم فرادى؟ ✛

الأصل: "Universal scaling of many-body effects in quantum tunneling"
arXiv:2606.31659 · 2026-06-30 · CC BY 4.0 · 1 دقيقة
أكد الفيزيائيون لأول مرة قاعدة عالمية للنفق الكمومي لعدة جسيمات.

النفق الكمومي ظاهرة مذهلة: يمكن للجسيم أن يعبر حاجزًا كما لو كان يمر عبر جدار دون عناء. هذا ليس خيالًا علميًا، بل واقع يومي في العالم المجهري، يفسر مثلًا الاندماج النووي الحراري في أعماق النجوم و تكوّن العناصر بعد الانفجار العظيم. لكن حتى الآن، لم يكن واضحًا ما يحدث عندما تكون الجسيمات كثيرة ومتفاعلة. تخيل حشدًا من الناس يحاولون المرور عبر باب ضيق: إذا كانوا ممسكين بأيدي بعضهم، يعبرون معًا، أما في حالة التدافع، فكل يشق طريقه بنفسه. هكذا تتصرف الذرات الكمومية تقريبًا. صنع العلماء مكثف بوز-أينشتاين — حالة خاصة من المادة عند درجات حرارة منخفضة جدًا، حيث تعمل الذرات ككيان واحد. وباستخدام شبكات ليزرية، بنوا "متاهة ضوئية" وراقبوا كيف تنفق الذرات بين خلاياها.

اتضح أنه عند التفاعل الضعيف جدًا، تنفق الذرات جماعيًا، كما لو كانت تمسك بأيدي بعضها، وتزداد قوة النفق مع درجة الحرارة بشكل تربيعي غير معتاد (α≈2). أما إذا زاد الضغط باتجاه واحد، تتحول إلى وضع الفرادى، ويصبح القانون خطيًا (α≈1).

باستخدام المحاكاة الحاسوبية و القياسات الدقيقة، أكد الفيزيائيون أن هذا الانتقال من السلوك الجماعي إلى الفردي يوصف بقاعدة رياضية واحدة. تعتمد هذه القاعدة على كيفية شعور الجسيمات ببعضها. هذا الاكتشاف لا يوضح فقط القوانين الأساسية للعالم الكمومي، بل يعطي مفتاحًا للتحكم في النفق الكمومي في الموصلات فائقة التوصيل و الحواسيب الكمومية، حيث تحدد هذه العمليات أداء الأجهزة. في المستقبل، سيسمح هذا بتصميم أنظمة كمومية أكثر تطورًا، وربما تفسير ألغاز التوصيل الفائق عند درجات الحرارة العالية.

لو كان بإمكان البشر المرور عبر الأنفاق الكمومية، فعند التفاعل الضعيف سيعبرون الجدران كمجموعة ممسكة بأيديها، وعند التفاعل القوي سيعبرون فرادى.

J_c \propto T^\alpha
تزداد القوة الحرجة للنفق الكمومي J_c تناسبياً مع درجة الحرارة T مرفوعة للقوة α، حيث تتغير α من 2 إلى 1 اعتمادًا على تفاعل الجسيمات.
العلماء
George GamowLeo EsakiKlaus von KlitzingLev LandauJohn Stewart BellSatyendra Nath Bose
المفاهيم
النفق الكمي تحجيم محاكاة كمومية للأنظمة الفيزيائية تغذية راجعة وصلة نفقية التبريد توازن حراري درجة حرارة منخفضة للغاية تفاعل رجعي شبه جسيم (quasiparticle) الماء حمام حراري درجة حرارة منخفضة معالجة متوازية عنق زجاجة قطيرة عامل مقياس أنظمة ذرات ريدبيرغ تأثير أونرو اقتران